一種新的振動監(jiān)測機床主軸的方法SeTAC（SEQUOIA IT三軸加速度傳感器）

一種有效的替代方法是基于振動的“基于狀態(tài)的維護”（CBM），要記住主軸執(zhí)行的操作非常復雜，不同的速度和負載作用在主軸上，可能會為每個切割過程產(chǎn)生不同程度的振動。因此，不可能像其他類型的旋轉(zhuǎn)機器那樣，使用僅基于振動水平的方法。SeTAC（SEQUOIA IT三軸加速度傳感器）

方法基礎

機床的MTBF（故障前中期）通常是根據(jù)其部件（主要是軸承）的MTBF進行計算/估計的。

軸承的壽命可以使用ISO 281國際技術(shù)標準的方程式計算。

機床通常根據(jù)工藝以不同的速度運行。考慮到不同的運行速度，在不考慮動載荷變化的情況下，使用以下公式：

RPM = q1RPM1 + q2RPM2 + … + qnRPMn

式中，qn是主軸在其使用壽命內(nèi)以特定速度（RPM）工作的百分比。

通常，對于機床來說，不同的加工過程有不同的速度。在設計階段可以引入速度的影響，或者考慮到運行水平的編程速度，可以“重新計算”主軸的長度。由于機器的不同動態(tài)負載而產(chǎn)生的影響。

同樣的方法也可以用于改變轉(zhuǎn)速，但要對動態(tài)負載進行先驗估計要困難得多。。作用在主軸軸承上的載荷是由各種原因引起的：主軸在軸承上的重量引起的靜載荷；預載引起的靜載荷；直接由發(fā)動機或通過滑輪和齒輪傳遞的動態(tài)載荷；轉(zhuǎn)子或刀具不平衡產(chǎn)生的動載荷，以及切削過程產(chǎn)生的動載荷。

可以估計前三種載荷；事實上，ISO 281和軸承生產(chǎn)商提供了計算作用在軸承上的等效動載荷（P）的一般規(guī)則。轉(zhuǎn)子或刀具不平衡引起的負載是不可預測的，但在可接受的軸承平衡水平上考慮了一些一般規(guī)則。切割過程產(chǎn)生的載荷幾乎完全不可預測。

在軸承的設計階段，通常會考慮預測動載荷的不確定性，引入S0安全系數(shù)，其值取決于軸承所需的工作條件。

該安全系數(shù)取決于軸承類型（滾珠或滾柱）；為此，制造商建議使用略有不同的值：

主軸軸承的選擇通?？紤]平均S0=3，使用壽命為20000到30000小時。此外，在車間中，作為預防措施，這些值減少了2.5倍，使軸承的“平均維修時間”在8000到12000小時之間。但這種方法安全嗎？時間能縮短嗎？

通過振動監(jiān)測提高電流負載知識

軸承和主軸上的動載荷通過一個簡單的比率與振動（速度）直接相關(guān)。然而，由于對振動傳感器位置、移動質(zhì)量的高度依賴，無法在車間內(nèi)直接測量動態(tài)載荷。

在任何情況下，可以說，給定動載荷P0的特定估計，不確定性可以表示為振動的函數(shù)。我們可以將V0視為不會產(chǎn)生特定影響的振動級；這是主軸在大部分時間應承受的可接受水平。

測量需要哪種振動？

如ISO 10816-3所示，速度的RMS是機器運行時振動嚴重程度的良好指示器。在主軸上，建議考慮所有方向上的動載荷。因此，作為單一參數(shù)，最佳選擇是振動三軸RMS模塊，以間接測量與作用在主軸上的動載荷相關(guān)的所有振動。

實際案例

所提出的方法已在一組4臺相同類型、具有相同類型主軸的機床上進行了測試和評估，這些機床在多個領(lǐng)域運行：兩臺粗加工機床、一臺普通銑削機床和最后一臺精加工機床。對于所有這些機器，盡管它們的操作不同，“平均維修時間”（MTTR）設定為8000小時，基于20000小時的估計壽命和2.5的安全系數(shù)。在每臺機床上，SeTAC（SEQUOIA IT三軸加速度傳感器）安裝了專用固件，能夠獨立實施提議的振動方法，并且：測量振動三軸RMS傳感器（SeTAC）；記住主軸承受一定程度振動的時間；根據(jù)方程式表示的各項計算等效工時，并最終估算主軸的剩余壽命。隨后，可以計算振動水平對主軸壽命減少的影響。作為參考，針對0-2 mm/s范圍內(nèi)的V0振動水平，選擇了安全系數(shù)S0=1。正如預期的那樣，發(fā)現(xiàn)兩個數(shù)據(jù)集具有良好的重復性，確認材料中沒有引入任何特定變化；第三臺和第四臺機器的等效小時數(shù)和實際小時數(shù)之比高于其他兩臺機器。

優(yōu)化維護計劃

主軸制造商建議每8000小時（基于平均MTBF）檢查一次主軸的狀況，并注意維護。顯然，該值非常保守，因此通常不需要嚴格維護。此外，即使計劃每8000小時進行一次維護，我們在過去也發(fā)現(xiàn)了一些意外的斷裂，因為我們不知道在8000小時內(nèi)主軸將承受的實際負載和工作。在SeTAC中實施的擬議監(jiān)測策略避免了意外中斷和不必要的維護任務。

制定維護計劃時，應考慮20000個等效小時的限制（即8000個實際小時乘以2.5的系數(shù)，這是更關(guān)鍵的粗軋機的典型情況）。該計劃會自動更新，因為它考慮了主軸受到的實際振動，并允許用戶定義因維護而安排停機的最佳時間，從而提高效率（例如，現(xiàn)在，相對于主軸精加工而言，該計劃超過50%），并大幅降低意外斷裂的風險。

自動調(diào)整維護計劃是絕對必要的，因為僅僅為每臺機器定義一個特定的間隔是不夠的。事實上，主軸上的振動會受到各種參數(shù)的影響：加工材料；與切削參數(shù)相比的刀具類型和條件；機器的磨損和狀況。